Các loại pin Lithium

Pin Lithium ngày nay phổ biến hơn bao giờ hết. Bạn sẽ tìm thấy chúng trong điện thoại di động, máy tính xách tay, dụng cụ điện không dây và thậm chí cả xe điện. Tuy nhiên, chỉ vì tất cả các thiết bị điện tử này đều sử dụng pin lithium không có nghĩa là chúng sử dụng cùng một loại pin lithium. Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn sáu loại pin lithium chính cho thấy ưu và nhược điểm, cũng như các ứng dụng tốt nhất cho từng loại.

Pin Lithium là gì?

Pin Lithium dựa vào các ion lithium để lưu trữ năng lượng bằng cách tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa các cực âm và dương của pin. Một lớp cách điện được gọi là “tấm ngăn cách” phân chia hai mặt của pin và chặn các điện tử trong khi vẫn cho phép các ion lithium đi qua.

Trong giai đoạn sạc, các ion lithium di chuyển từ cực dương của pin sang cực âm thông qua bộ phân tách. Trong khi bạn xả pin, các ion di chuyển theo hướng ngược lại.

Sự chuyển động này của các ion liti gây ra sự khác biệt về điện thế đã đề cập trước đây. Sự khác biệt về tiềm năng điện này được gọi là “điện áp”. Khi bạn kết nối thiết bị điện tử của mình với pin lithium, các electron bị chặn bởi bộ phân tách buộc phải đi qua thiết bị của bạn và cung cấp năng lượng cho nó.

6 loại pin Lithium chính là gì?

Các loại pin lithium khác nhau dựa trên các vật liệu hoạt động độc đáo và phản ứng hóa học để lưu trữ năng lượng. Mỗi loại pin lithium đều có những lợi ích và nhược điểm, cùng với những ứng dụng phù hợp nhất.

Các loại pin lithium khác nhau được đặt tên từ các vật liệu hoạt động của chúng. Ví dụ, loại đầu tiên chúng ta sẽ xem xét là pin lithium iron phosphate, còn được gọi là LiFePO4, dựa trên các ký hiệu hóa học cho các vật liệu hoạt động. Tuy nhiên, nhiều người rút ngắn tên hơn nữa để chỉ đơn giản là LFP.

# 1. Lithium Sắt Phosphate

Pin lithium sắt phốt phát (LFP) sử dụng phốt phát làm vật liệu cực âm và điện cực cacbon graphit làm cực dương. Pin LFP có vòng đời dài với độ ổn định nhiệt và hiệu suất điện hóa tốt.

Ứng dụng

Các tế bào pin LFP có điện áp danh định là 3,2 vôn, do đó, việc kết nối bốn trong số chúng theo chuỗi sẽ tạo ra một pin 12,8 vôn. Điều này làm cho pin LFP trở thành loại pin lithium phổ biến nhất để thay thế pin chu kỳ sâu axit-chì.

Ưu điểm:

Có khá nhiều lợi ích đối với pin lithium iron phosphate khiến chúng trở thành một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho các ứng dụng yêu cầu lượng điện năng lớn. Tuy nhiên, lợi ích chính là độ bền, vòng đời lâu dài và an toàn.

Pin LFP thường có vòng đời từ 2.000 chu kỳ trở lên. Không giống như pin axit-chì, độ sâu phóng điện có tác động tối thiểu đến tuổi thọ của pin LFP. Hầu hết các nhà sản xuất LFP đánh giá pin của họ ở độ sâu xả 80%, và một số thậm chí còn cho phép xả 100% mà không làm hỏng pin.

Các vật liệu được sử dụng trong pin lithium iron phosphate cung cấp điện trở thấp, làm cho chúng vốn đã an toàn và có độ ổn định cao. Ngưỡng nhiệt chạy vào khoảng 270°C (518 độ F), làm cho pin LFP trở thành một trong những lựa chọn pin lithium an toàn nhất, ngay cả khi đã được sạc đầy.

Nhược điểm:

Có một số hạn chế đối với pin LFP. Đầu tiên là so với các loại pin lithium khác, chúng có năng lượng riêng tương đối thấp. Hiệu suất của chúng cũng có thể bị ảnh hưởng ở nhiệt độ thấp. Kết hợp giữa năng lượng cụ thể thấp và hiệu suất giảm ở nhiệt độ lạnh có nghĩa là pin LFP có thể không phù hợp tuyệt vời trong một số ứng dụng có tốc độ quay cao.

# 2. Oxit Lithium Coban

Pin lithium coban oxit (LCO) có năng lượng riêng cao nhưng công suất riêng thấp. Điều này có nghĩa là chúng không hoạt động tốt trong các ứng dụng tải cao, nhưng chúng có thể cung cấp năng lượng trong thời gian dài.

Ứng dụng

Pin LCO phổ biến trong các thiết bị điện tử cầm tay nhỏ như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay và máy ảnh. Tuy nhiên, chúng đang dần mất đi sự phổ biến đối với các loại pin lithium khác do giá thành coban cao và những lo ngại xung quanh vấn đề an toàn.

Ưu điểm:

Lợi ích chính của pin LCO là năng lượng cụ thể cao của chúng. Điều này cho phép chúng cung cấp năng lượng trong một thời gian tương đối dài trong các ứng dụng tải thấp.

Nhược điểm:

Pin LCO có một số nhược điểm đáng kể dẫn đến việc chúng trở nên ít phổ biến hơn trong những năm gần đây. Đầu tiên, pin LCO có tuổi thọ tương đối ngắn, thường từ 500-1.000 chu kỳ. Ngoài ra, coban khá đắt. Pin đắt tiền không sử dụng được lâu cũng không hiệu quả về chi phí.

Pin LCO cũng có độ ổn định nhiệt thấp, dẫn đến những lo ngại về an toàn. Hơn nữa, công suất cụ thể thấp của chúng hạn chế khả năng hoạt động của pin LCO trong các ứng dụng tải cao.

# 3. Lithium Mangan Oxit

Pin Lithium Mangan Oxide (LMO) sử dụng lithium mangan oxit làm vật liệu cực âm. Hóa học này tạo ra cấu trúc ba chiều giúp cải thiện dòng ion, giảm điện trở bên trong và tăng khả năng xử lý dòng điện trong khi cải thiện độ ổn định và an toàn nhiệt.

Ứng dụng:

Pin LMO thường được tìm thấy trong các dụng cụ điện cầm tay, dụng cụ y tế và một số loại xe hybrid và xe điện.

Ưu điểm:

Pin LMO sạc nhanh và cung cấp công suất cụ thể cao. Điều này có nghĩa là chúng có thể cung cấp dòng điện cao hơn so với pin LCO chẳng hạn. Chúng cũng cung cấp độ ổn định nhiệt tốt hơn so với pin LCO, có nghĩa là chúng có thể hoạt động an toàn ở nhiệt độ cao hơn.

Một lợi ích khác của pin LMO là tính linh hoạt của chúng. Điều chỉnh hóa học bên trong cho phép pin LMO được tối ưu hóa để xử lý các ứng dụng có tải trọng cao hoặc các ứng dụng có tuổi thọ cao.

Nhược điểm:

Nhược điểm chính của pin LMO là tuổi thọ ngắn. Thông thường, pin LMO sẽ kéo dài 300-700 chu kỳ sạc, ít hơn đáng kể so với các loại pin lithium khác.

#4. Lithium Nickel Mangan Coban Oxit

Pin lithium niken mangan coban oxit (NMC) kết hợp lợi ích của ba nguyên tố chính được sử dụng trong cực âm: niken, mangan và coban. Bản thân niken có năng lượng riêng cao nhưng không ổn định. Mangan đặc biệt ổn định nhưng có năng lượng riêng thấp. Kết hợp chúng tạo ra một chất hóa học ổn định với năng lượng riêng cao.

Ứng dụng:

Tương tự như pin LMO, pin NMC phổ biến trong các công cụ điện cũng như hệ thống truyền động điện tử cho xe đạp điện, xe tay ga và một số xe điện.

Ưu điểm:

Các lợi ích của pin NMC bao gồm mật độ năng lượng cao và vòng đời dài hơn với chi phí thấp hơn so với pin làm từ coban. Chúng cũng có độ ổn định nhiệt cao hơn so với pin LCO, làm cho chúng an toàn hơn về tổng thể.

Nhược điểm:

Hạn chế chính của pin NMC là chúng có điện áp thấp hơn một chút so với pin làm từ coban.

# 5. Oxit nhôm Lithium Niken Coban

Pin lithium niken coban oxit nhôm (NCA) cung cấp năng lượng cụ thể cao với công suất cụ thể khá và vòng đời dài. Điều này có nghĩa là chúng có thể cung cấp một lượng dòng điện tương đối cao trong thời gian dài.

Ứng dụng:

Khả năng hoạt động trong các ứng dụng có tải trọng cao cùng với thời lượng pin dài khiến pin NCA trở nên phổ biến trên thị trường xe điện. Cụ thể, NCA là loại pin được Tesla lựa chọn.

Ưu điểm:

Lợi ích lớn nhất của pin NCA là năng lượng cao và tuổi thọ cao.

Nhược điểm:

Với công nghệ NCA, pin không an toàn như hầu hết các công nghệ lithium khác và so sánh thì đắt hơn.

# 6. Lithium Titanate

Tất cả các loại pin lithium trước đây mà chúng ta đã thảo luận đều là duy nhất trong cấu tạo hóa học của vật liệu catốt. Pin lithium titanate (LTO) thay thế graphite ở cực dương bằng lithium titanate và sử dụng LMO hoặc NMC làm chất hóa học cực âm.

Kết quả là một loại pin cực kỳ an toàn với tuổi thọ cao, sạc nhanh hơn bất kỳ loại pin lithium nào khác.

Ứng dụng:

Nhiều ứng dụng sử dụng pin LTO. Xe điện và trạm sạc, nguồn điện liên tục, bộ lưu trữ năng lượng gió và mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời, hệ thống viễn thông, thiết bị hàng không và quân sự chỉ là một số trường hợp sử dụng.

Ưu điểm:

Pin LTO mang lại nhiều lợi ích, bao gồm sạc nhanh, nhiệt độ hoạt động cực rộng, tuổi thọ cao và an toàn tuyệt đối vì tính ổn định của chúng.

Nhược điểm:

Có một số trở ngại đáng kể để pin LTO phải vượt qua. Chúng cung cấp mật độ năng lượng thấp, có nghĩa là nó lưu trữ một lượng năng lượng thấp hơn so với trọng lượng của nó khi so sánh với một số công nghệ lithium khác. Ngoài ra, chúng rất đắt.

Có phải tất cả các loại pin đều sử dụng Lithium?

Không, không phải tất cả các loại pin đều sử dụng lithium. Pin Lithium tương đối mới và ngày càng trở nên phổ biến trong việc thay thế các công nghệ pin hiện có.

Một trong những tiêu chuẩn lâu đời trong pin, đặc biệt là trong các loại xe có động cơ, là pin chu kỳ sâu axit-chì. Lithium đã nhanh chóng có chỗ đứng trên thị trường này trong những năm gần đây, nhưng axit-chì vẫn là lựa chọn hàng đầu trong các loại xe động cơ chạy bằng khí đốt do chi phí trả trước thấp.

Ngoài ra, các loại pin bán sẵn phổ biến nhất được tìm thấy trong các cửa hàng là pin kiềm. Hầu hết pin AA và AAA được sử dụng ngày nay là pin kiềm sử dụng kẽm và mangan dioxide cho phản ứng hóa học để lưu trữ năng lượng.

Trước khi pin sạc lithium trở nên phổ biến, hầu hết các loại pin sạc lại là niken-cadmium (NiCad). Pin NiCad sử dụng niken oxit hydroxit và cadimi kim loại làm vật liệu điện cực. Mặc dù chưa hoàn toàn lỗi thời, nhưng pin NiCad đang trở nên ít phổ biến hơn khi pin lithium tiếp quản thị trường pin sạc.

Loại pin Lithium phổ biến nhất là gì?

Pin lithium coban oxit (LCO) được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng, máy ảnh kỹ thuật số và nhiều thiết bị tiêu dùng khác. Không có gì ngạc nhiên khi chúng là loại pin lithium phổ biến nhất.

Chọn đúng loại pin Lithium cho công việc của bạn

Như bạn có thể thấy, có nhiều loại pin lithium khác nhau. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm và các ứng dụng cụ thể khác nhau mà chúng vượt trội. Các yêu cầu về ứng dụng, ngân sách, mức độ an toàn và nguồn điện sẽ xác định loại pin lithium nào phù hợp nhất với bạn.